Descripci√≥n de la carga útil

Es una plataforma multi-instrumental diseñada para transportar hasta doce cargas utiles pequeñas, con una duración de vuelo de entre 15 y 20 horas a una cota de 36 km.

Las cargas son desarrolladas y construidas por estudiantes, y son utilizadas como pruebas de vuelo de satelites compactos o como prototipos de otros experimentos.

El estado de Louisiana junto con el Louisiana Space Consortium financiaron la construcción y operación de la plataforma en tanto la NASA a traves de la Columbia Scientific Balloon Facility (CSBF) se ha comprometido a hacerla volar anualmente en uno de sus globos hasta el año 2008.

A la izquierda puede verse una imagen de la configuración de vuelo de HASP. La plataforma se compone de dos segmentos principales; el contenedor correspondiente a los instrumentos de la CSBF por debajo, y el sistema HASP propiamente dicho por encima. La plataforma inferior es el elemento estructural primario de la gondola y ha sido reciclado a partir de una vieja plataforma de preubas de la CSBF. La misma aloja todos los subsistemas de la CSBF requeridos para monitorear y controlar el globo. En sus vertices superiores se anclan los cables de sujeción que unen la gondola al resto del tren de vuelo. Dichos cables -de acero- estan recubiertos de plastico para otorgarles una mayor rigidez y evitar que durante el aterrizaje puedan dañar alguno de los experimentos transportados en la parte superior. Por debajo de la estructura de la CSBF se ubican los paneles absorbedores de choque, y los puntos de amarre de los contenedores de lastre.

El interior de la estructura aloja el llamado Mini-SIP (Support Instrument Package) que efectua la interface con la electronica de HASP y provee un enlace de comunicacion hacia y desde tierra con la carga util. Asimismo dicho contenedor ofrece espacio libre para poder alojar diversos prototipos o elementos de ensayo, para permitir a la CSBF testear nuevas tecnologias que puedan mejorar la performance de futuros vuelos de globos con fines netamente cientificos.

Fijado a esta estructura principal se encuentran cuatro armazones de fibra de vidrio que sostienen las cargas utiles pequeñas (< 1 kg). Cada uno de estos "brazos" se extienden 56 cm por fuera de la estructura de aluminio y pueden alojar hasta dos placas de montaje para sendos experimentos, cada una de las cuales incluye interfaces mecanicas, de comunicación en serie y de alimentación estandarizadas. Cada uno de esos "brazos" se fijan a uno de los lados de la estructura principal para acomodar así, hasta 8 pequeñas cargas utiles. Esta configuración fue elegida con el objetivo de minimizar las interferencias que pudieran existir durante el vuelo entre la estructura metalica y los sistemas de comunicación de las cargas. Adicionalmente, en la parte superior de la estructura principal, pueden montarse hasta 4 cargas utiles mas grandes (< 10 kg) con prestaciones de interface similares a las disponibles para el resto de los experimentos.

El subsitema de comando y control de HASP provee los medios para recibir y procesar comandos enviados desde tierra, asi como para obtener y archivar los datos generados a bordo, efectuar tareas de intercambio de datos con las cargas utiles y enviar a tierra informacion del status del sistema en vuelo. Existen tres modulos primarios de control en dicho subsistema que se comunican entre sí sobre una red Ethernet interna a 100 Mbps (megabits por segundo). Dichos modulos son la Unidad de Control de Vuelo (Flight Control Unit - FCU) que "administra" todo el subsistema decodificando comandos de tierra recibidos via el Mini-SIP de la CSBF y distribuyéndolos, vigilando aquellas unidas que deben ser reseteadas, recolectando datos del status general del sistema y transmitiendo a tierra datos a traves del Mini-SIP. Adicionalmente, la FCU tambien monitorea los voltajes y corrientes del sistema de alimentación y recoge información de variables ambientales para su archivo.

La Unidad de Archivo de Datos (Data Archive Unit - DAU) controla las atreas relacionadas con la grabación y resguardo de los datos obtenidos, poniendo a disposición esos datos para otros procesos en la red, controlando el receptor de GPS de HASP y administrando las marcas de tiempo para todos los datos obtenidos. Los datos son grabados a tarjetas de memoria Flash que para el sistema funcionan igual que si fueran discos rigidos pero poseen una mejor performance en el vacio que estos.

La Unidad de Comunicaciones Serial (Serial Communications Unit - SCU) que corre el software que se comunica con las diferentes experiencias a bordo. Sin esta unidad no habría forma de que los datos fueran recogidos.

Finalmente, una serie de sensores de temperatura se ubican en puntos estrategicos de la estructura (baterias, Paneles de proteccion solar, por fuera) para monitorear el ambiente y entregar un perfil de rendimiento termico de HASP.

La fuente principal de alimentación de HASP genera 30 Volts de corriente continua a traves de un equipo Lambda ZUP36-24 mientras se encuentra en tierra u ocho baterias de litio B7901-11 durante el vuelo.

Una de las mayores innovaciones incorporadas a HASP fue la de montar todos los componentes de comando y control en una plancha metálica de 109 x 36 cms denominada Placa de Montaje de Electrónica (Electronics Mounting Plate - EMP). La misma puede ser facilmente removida de la estructura principal de HASP para un mejor acceso a los componentes durante la puesta a punto previa al vuelo. Adicionalmente, se ha construido una segunda EMP de repuesto lista para reemplazar a la original en caso de algun fallo critico durante la campaña.

Como carga adicional, HASP transporta una camara web desarrollada por la firma Rocket Science, Inc. llamada CosmoCam. Este dispositivo ha sido diseñado para ofrecer imagenes en vivo en tiempo real de las operaciones de lanzamiento y vuelo desde la misma gondola cuya señal de bajada de video es retransmitida por internet. El cabezal de la videocamara montado en un mastil vertical, incluye un zoom optico de 26º servocontrolado a traves de una interface operable por remotamente por la web. CosmoCam es particularmente util para este proyecto debido a que permite a los estudiantes inspeccionar y controlar visulamente y en tiempo real durante el vuelo, el estado de sus experimentos.

Desarrollo del vuelo y resultados de la misión

 

Sitio de lanzamiento: Scientific Flight Balloon Facility, Nuevo Mexico, EEUU  
Hora lanzamiento: 8:48 mst
Lanzamiento y operación del globo a cargo de: Columbia Scientific Balloon Facility (CSBF)
Globo: Globo de Presión Cero Raven - W11.82-1E-37 - 11.820.000 cuft
Nº de vuelo: 600N

El globo fue lanzado utilizando el metodo dinámico con asistencia de vehiculo lanzador (Big Bill) el 11 de Septiembre de 2009 a las 14:48 utc.

Luego de una fase nominal de ascenso el balón alcanzó la altura de flotación de 124.000 pies desarrollando una trayectoria estable hacia el oeste a lo largo de 14 horas.

El vuelo finalizó a las 5:35 utc del dia siguiente. La carga util aterrizó con daños menores a 45 millas náuticas al oeste de Phoenix, Arizona.

Durante este cuarto vuelo de la plataforma, se encontraban a bordo los siguientes experimentos:

Carga Util 01 - Un modulo destinado a efectuar varios experimentos: un nuevo sistema de almacenamiento de datos con requerimientos minimos de comunicación, bajo consumo energético con comandos discretos de encendido y apagado para ser utilizado en futuros satelites de tipo CubeSat; un experimento para probar la respuesta espectral de celdas solares de oxido de Silicio y finalmente un experimento térmico diseñado para el calculo el efecto atmosférico de al menos dos materiales térmicamente disímiles midiendo su contracción y expansión (Hawk Institute for Space Sciences / UMES)

Carga Util 02 - Un banco de pruebas para sistemas satelitales multi-misión a ser empleado en futuras misiones de tipo Nanosat. Por medio de este experimento se calibrarán fotómetros solares. Como estos son criticamente dependientes de la llamada "constante extraterrestre" se medirá la intensidad de la luz solar en lo mas alto de la atmósfera con un conjunto de detectores asi como tambien el flujo descendente de radiación IR causado por gases de efecto invernadero -excluyendo vapor de agua- por medio de un termómetro Infrarrojo. Asimismo, se incluirá un experimento de determinación de posición y actitud (Embry-Riddle Aeronautical University).

Carga Util 04 - Flying InfraRed Experiment for Lunar Investigation (FIREFLI) - una camara infrarroja apuntando hacia tierra como prueba de concepto para una potencial misión lunar. La camara capturará imagenes de superficies que emitan radiación durante el vuelo. Debido a las diferentes propiedades térmicas de los materiales, la fotografía infrarroja puede utilizarse para determinar la composición de la superficie bajo observación (Virginia Tech).

Carga Util 05 - University of Maryland Advanced Balloon Communications Experiment (UMD/ABC) - Un prototipo ligero y de bajo consumo de un sistema de envio y recepción de datos telemétricos y comandos, de aplicación en vuelos de globos amateur estudiantiles. Durante los vuelos de 2008 y 2009 de este instrumento, quedó demostrado la posibilidad de uso del sistema a distancias superiores a 400 millas con solo un watt de potencia.

Carga Util 06 - Cajun Probe I - Un prototipo de paquete instrumental conteniendo sensores de temperatura, humedad, presión, aceleración, posicionamiento (GPS) y radiación de fondo, que proveen datos de referencia para el desarrollo de una futura sonda capaz de ser inyectada a gran altura sobre un huracán desde un cohete o globo. Dicha sonda podría armar un perfil vertical de la tormenta mucho mas detallado de lo que se obtiene actualmente utilizando sondas de baja altitud (University of Louisiana - Lafayette).

Carga Util 07 - Detección de Ozono y oxidos de nitrógeno en la estratósfera usando un conjunto de detectores nano-cristalinos a bordo de un globo - Prueba en vuelo de sensores de gas en miniatura para determinar su perfil en función de la altitud. Se trata de un experimento desarrollado en forma connjunta por estudiantes de University of North Florida (UNF) y la University of North Dakota (UND). UNF estuvo a cargo del desarrollo de los detectores nano-cristalinos en tanto que la UND se encargó del desarrollo de la electrónica y de los sistemas mecánicos necesarios para la lectura, telemetría y control de los sensores.

Carga Util 08 - Distant Aerial Cosmic Radiation Acquisition Package - Un experimento para medir y clasificar la energía de la radiación cósmica en la atmosfera terrestre a diversas altitudes y con diferente exposición a la luz solar en función del tiempo. Los principales componentes del instrumento incluyen un detector de centelleo compuesto de un cristal de Sodio Iodado y un tubo fotomultiplicador, un divisor de voltaje, y un analizador multicanal. Estos componentes son controlados por medio de una computadora junto a un circuito de conversión analogico-digital que permite su almacenamiento en una tarjeta de memoria (West Virginia University).

Carga Util 09 - MRE II - Microwave Reception Experiment - un proyecto para obtener la caracterización del fondo de microondas en la estratósfera en la banda de frecuencias entre 45 and 75GHz, incluyendo la comprensión de posibles interferencias en bandas de frecuencia superiores. Un objetivo secundario del experimento es el de efectuar pruebas para una futura misión criogenica a bordo de HASP con el objetivo de detectar el Fondo Cosmico de Microondas. MRE II utiliza lo ultimo en tecnologia pasiva de recepción de microondas en la menor escala jamas intentada, para tratar de capturar y analizar dichas ondas.

Carga Util 10 - High Altitude Particle Detection and Collection Experiment - Un instrumento diseñado para determinar la concentración, distribución de tamaño y composición química de particulas de la alta atmósfera. El aparato utiliza un sistema pasivo de recolección que se abre durante el vuelo del globo en altura para capturar particulas que caen sobre la superficie de recolección junto con un detector laser que mide su tamaño y densidad numérica en tiempo real durante el vuelo. (Montana State University)

Carga Util 11 - Balloon Observatory for Wavelength and Spectral Emission Readings (BOWSER) - Experimento diseñado para analizar la factibilidad de el uso de observatorios astronómicos a bordo de globos estratosféricos. Consta de varios telescopios equipados con camaras para capturar imagenes del campo estelar y establecer las condiciones de visibilidad en altura tanto diurnas como nocturnas. Asimismo posee una serie de sensores de emisión espectral para establecer las longitudes de onda optimas para dichas observaciones. Adicionalmente el experimento cuenta con un magnetómetro, un acelerómetro y un giroscopio para investigar los movimientos y estabilidad de la gondola. (University of Colorado)

Carga Util 12 - Second Look Intelligent Calibration Cameras System (SLICC) - Un experimento diseñado para comparar la performance de dispositivos de obtención de imagenes CCD y CMOS en condiciones casi espaciales destinados a ser utilizados para la determinación de la actitud de un vehiculo espacial (Texas A&M University).

Carga Util 13 - COSMOCAM - un dispositivo diseñado por Rocket Science Inc. y la NASA para ofrecer imagenes en vivo en tiempo real de las operaciones de lanzamiento y vuelo desde la misma gondola cuya señal de bajada de video es retransmitida por internet. El cabezal de la videocamara montado en un mastil vertical, incluye un zoom optico de 26º servocontrolado a traves de una interface operable por remotamente por la web. CosmoCam es particularmente util para este proyecto debido a que permite a los estudiantes inspeccionar y controlar visulamente y en tiempo real durante el vuelo, el estado de sus experimentos.

Referencias externas y fuentes bibliográficas

Imágenes de la misión

Vista de la gondola HASP antes del vuelo del 2009 (Imagen: HASP team) Los estudiantes que participaron del vuelo 2009 de HASP, posan frente a su creacion durante una prueba de izado (Imagen: HASP) Vista del globo poco despues de alcanzar altura de flotacion (Imagen: Dr. Greg Guzik) Impresionante imagen del globo sobre Arizona obtenida por un miembro del East Valley Astronomy Club utilizando un telescopio Meade LX 200. (Imagen: Claude Haynes) Vista de la zona de caida de la gondola en el desierto de Arizona (Imagen: HASP)